Aufgrund der gestiegenen Energiekosten ist eine hohe Nachfrage nach Maschinen mit reduziertem Energieverbrauch bei gleichbleibender Produktivität entstanden. Als Reaktion darauf hat Moog ein Antriebssysstem entwickelt, das auf dem Prinzip der Elektrohydrostatik beruht.
Ein wesentliches Einsparpotenzial von Maschinen liegt in der Antriebstechnik, die bisweilen elektrisch-mechanisch oder hydraulisch ausgeführt wird. Beide Technologien bringen systembedingte Vor- und Nachteile mit sich. Eine Symbiose beider Antriebstechnologien stellt ein elektrohydrostatischer Antrieb dar, der die Vorteile beider Seiten vereint und gleichzeitig ihre Nachteile umgeht.
Die in der Servohydraulik weit verbreitete Ventilsteuerung zur Regelung und Steuerung von Zylinderantrieben zeichnet sich durch eine einfache Umsetzung für mittlere und große Leistungen sowie eine hohe Dynamik aus. Der Zylinder, als ein kostengünstig herzustellendes und vor allem zuverlässiges Konstruktionselement übernimmt hierbei die Umformung der hydraulischen Energie in eine lineare Bewegung. Der Energiefluss wird hierbei über das Servoventil gesteuert bzw. gedrosselt. Aufgrund der geringen zu bewegenden Massen innerhalb des Ventils kann diese Steuerung mit einer sehr hohen Dynamik erfolgen. Sie ist jedoch, wie das Wort Drosselung vermuten lässt, mit systembedingten (Drossel-) Verlusten verbunden.
Blick auf Spindelantriebe
Elektromechanische Antriebe – speziell Spindelantriebe – zeichnen sich im Vergleich zu den klassischen hydraulischen Antrieben durch höhere Steifigkeiten bei gleichzeitig geringerem Energieverbrauch aus. Die Anschaffungskosten dieser Antriebe sind deutlich höher als die der hydraulischen Antriebe, während gleichzeitig die umzusetzenden Kräfte nach oben limitiert sind. Die eingesetzten Schraubspindeln stellen hierbei das dominante Konstruktionselement dar – sowohl unter Gesichtspunkt der Kosten, als auch der erreichbaren Steifigkeiten der Antriebe.
Aus energetischer Sicht definieren elektromechanische Antriebe sicher die Oberklasse, was sich im wesentlichen auf das Prinzip „Power only on Demand“ zurückführen lässt. Aufgrund der hohen Spindelsteifigkeiten und der damit verbundenen Selbsthemmung nimmt der Antrieb zur Lasthaltung keine Energie auf.
Werden weitere sicherheitstechnische Anforderungen an die Achse gestellt, so muss in der Systemauslegung ein mögliches Klemmen der Spindel berücksichtigt werden und durch weitere Elemente umgangen werden. Aufgrund der hier beschriebenen Eigenschaften (Steifigkeit und Energieverbrauch) konnte sich diese Antriebsart insbesondere in den Werkzeugmaschinen durchsetzen.
Die beiden vorgestellten Antriebsprinzipien stellen für Moog alternative Lösungen dar und werden beide angeboten und eingesetzt. Die Erfahrung mit beiden Technologien legt nun den Schluss nahe, die Vorteile beider Prinzipien in einem Konzept zu vereinen, anstatt sie konkurrierend und alternativ zu verwenden. Der elektrohydrostatische Aktuator von Moog kombiniert die Vorteile von „Power on Demand“ der elektromechanischen Antriebe mit den Kosten- und Sicherheitsvorteilen des Hydraulikzylinders.
Die Erzeugung hoher und sehr hoher Kräfte (> 1 MN) ist eine Domäne hydraulischer Antriebe und kann im hydrostatischen Getriebe leicht umgesetzt werden. Sollen gleichzeitig hohe Geschwindigkeiten gefahren werden, so können die Leistungen von einzelnen Pumpenantrieben leicht addiert werden. Überlastsicherungen lassen sich mit den in der Hydraulik mit üblichen Mitteln sehr einfach, effizient und kostengünstig implementieren.
Kompakte Bauweise
In vielen Anwendungen können solche elektrohydrostatische Aktautoren, die als komplett montierte und getestete Einheiten in die Maschine eingebaut werden können, zu einer erheblichen Reduktion der Montage- und Inbetriebnahmekosten führen.
Durch eine speziell entwickelte Pumpe, die mit drei Anschlüssen, die unsymmetrische Volumenstrombilanz zwischen den Kammern des Differentialzylinders ausgleicht, lassen sich sehr kompakte Antriebe bauen. Diese Reduktion auf eine Pumpe im Vergleich zu den üblicherweise eingesetzten Doppelpumpen führt zusätzliche zu einer Reduktion der Antriebskosten.
Moog Holding GmbH & Co. KG www.moog.com
Die Autoren
Dr. Christoph Boes, Application Engineering Manager Europe, und Dr. Achim Helbig, Innovation Projects Manager, Moog GmbH
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